Diese Abbildung zeigt das Cassini-Raumschiff der NASA, das im Oktober 2015 auf Enceladus durch Federn fliegt. Credit: NASA / JPL-Caltech
Vor einigen Jahren begann sich der Planetenwissenschaftler Lynnae Quick zu fragen, ob einer der mehr als 4,000 bekannten Exoplaneten oder Planeten außerhalb unseres Sonnensystems einigen der wässrigen Monde um Jupiter und Saturn ähneln könnte., Obwohl einige dieser Monde keine Atmosphären haben und mit Eis bedeckt sind, gehören sie immer noch zu den Top-Zielen bei der Suche der NASA nach Leben jenseits der Erde. Saturnmond Enceladus und Jupitermond Europa, die Wissenschaftler als „Ozeanwelten“ klassifizieren, sind gute Beispiele.
„Wasserwolken brechen aus Europa und Enceladus aus, so dass wir feststellen können, dass diese Körper unter ihren Eishüllen unterirdische Ozeane haben und Energie haben, die die Federn antreibt, was zwei Voraussetzungen für das Leben sind, wie wir es kennen“, sagt Quick, ein NASA-Planetenwissenschaftler, der sich auf Vulkanismus und Ozeanwelten spezialisiert hat., „Wenn wir also darüber nachdenken, dass diese Orte möglicherweise bewohnbar sind, sind vielleicht auch größere Versionen davon in anderen Planetensystemen bewohnbar.“
Quick vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, beschloss zu untersuchen, ob es hypothetisch Planeten gibt, die Europa und Enceladus in der Milchstraße ähneln. Und könnten sie auch geologisch aktiv genug sein, um Federn durch ihre Oberflächen zu schießen, die eines Tages von Teleskopen entdeckt werden könnten?,
Durch eine mathematische Analyse von mehreren Dutzend Exoplaneten, einschließlich Planeten im nahe gelegenen TRAPPIST-1-System, lernten Quick und ihre Kollegen etwas Bedeutendes: Mehr als ein Viertel der untersuchten Exoplaneten könnten Ozeanwelten sein, wobei die Mehrheit möglicherweise Ozeane unter Oberflächeneisschichten beherbergt, ähnlich wie Europa und Enceladus. Darüber hinaus könnten viele dieser Planeten mehr Energie freisetzen als Europa und Enceladus.,
Venus hatte einst flüssige Wassermeere und aktive Vulkane, eine Umgebung, die zum Leben gastfreundlich ist. Aber mit der Zeit wurde der Planet so heiß, dass die Ozeane wegkochten. Allmählich schufen vulkanische Gase eine super dicke Atmosphäre auf der Venus mit Schwefelsäurewolken., Credit: Michael Lentz & Mike Mirandi / NASA Goddard Space Flight Center
Wissenschaftler können eines Tages in der Lage sein, Quick Vorhersagen zu testen, indem sie die Wärme von einem Exoplaneten emittiert messen oder durch vulkanische oder kryovulkanische Detektion (Flüssigkeit oder Dampf anstelle von geschmolzenem Gestein) Eruptionen in den Wellenlängen des Lichts von Molekülen in der Atmosphäre eines Planeten emittiert. Im Moment können Wissenschaftler nicht viele Exoplaneten im Detail sehen. Leider sind sie zu weit weg und vom Licht ihrer Sterne zu ertränkt., Aber unter Berücksichtigung der einzigen verfügbaren Informationen-Exoplanetengrößen, Massen und Entfernungen von ihren Sternen — können Wissenschaftler wie Quick und ihre Kollegen mathematische Modelle und unser Verständnis des Sonnensystems anzapfen, um sich die Bedingungen vorzustellen, die Exoplaneten in lebenswerte Welten verwandeln könnten oder nicht.,
Während die Annahmen, die in diese mathematischen Modelle eingehen, fundierte Vermutungen sind, können sie Wissenschaftlern helfen, die Liste der vielversprechenden Exoplaneten einzugrenzen, um nach günstigen Lebensbedingungen zu suchen, damit das bevorstehende James Webb Space Telescope der NASA oder andere Weltraummissionen folgen können.
„Zukünftige Missionen, um nach Lebenszeichen jenseits des Sonnensystems zu suchen, konzentrieren sich auf Planeten wie unseren, die eine globale Biosphäre haben, die so reichlich vorhanden ist, dass sie die Chemie der gesamten Atmosphäre verändert“, sagt Aki Roberge, ein NASA Goddard Astrophysiker, der mit Quick bei dieser Analyse zusammengearbeitet hat., „Aber im Sonnensystem haben eisige Monde mit Ozeanen, die weit von der Hitze der Sonne entfernt sind, immer noch gezeigt, dass sie die Eigenschaften haben, die wir für das Leben für erforderlich halten.“
Dieses animierte Diagramm zeigt den Grad der vorhergesagten geologischen Aktivität unter Exoplaneten mit und ohne Ozeane im Vergleich zur bekannten geologischen Aktivität unter Körpern des Sonnensystems mit und ohne Ozeane., Kredit: Lynnae Quick & James Tralie/NASA Goddard Space Flight Center
Um nach möglichen Ozeanwelten zu suchen, wählte Quick Team 53 Exoplaneten mit Größen, die der Erde am ähnlichsten sind, obwohl sie bis zu achtmal mehr Masse haben könnten. Wissenschaftler gehen davon aus, dass Planeten dieser Größe fester als gasförmig sind und daher eher flüssiges Wasser auf oder unter ihrer Oberfläche unterstützen., Seit Quick und ihren Kollegen ihre Studie im Jahr 2017 begonnen haben, wurden mindestens 30 weitere Planeten entdeckt, die zu diesen Parametern passen, aber sie wurden nicht in die Analyse aufgenommen, die am 18.
Nachdem ihre Planeten in Erdgröße identifiziert wurden, versuchten Quick und ihr Team zu bestimmen, wie viel Energie jeder als Wärme erzeugen und abgeben kann. Das Team betrachtete zwei primäre Wärmequellen., Die erste, radiogene Wärme, wird über Milliarden von Jahren durch den langsamen Zerfall radioaktiver Materialien im Mantel und in der Kruste eines Planeten erzeugt. Diese Zerfallsrate hängt vom Alter eines Planeten und der Masse seines Mantels ab. Andere Wissenschaftler hatten diese Beziehungen bereits für Planeten der Erdgröße bestimmt. Also wandten Quick und ihr Team die Zerfallsrate auf ihre Liste von 53 Planeten an, vorausgesetzt, jeder ist gleich alt wie sein Stern und sein Mantel nimmt den gleichen Anteil des Planetenvolumens ein wie der Erdmantel.,
Als nächstes berechneten die Forscher die Wärme, die durch etwas anderes erzeugt wird: die Gezeitenkraft, die Energie, die durch das Gravitationsziehen erzeugt wird, wenn ein Objekt ein anderes umkreist. Planeten in ausgestreckten oder elliptischen Umlaufbahnen verschieben den Abstand zwischen sich und ihren Sternen, während sie sie umkreisen. Dies führt zu Veränderungen der Gravitationskraft zwischen den beiden Objekten und bewirkt, dass sich der Planet dehnt, wodurch Wärme erzeugt wird. Schließlich geht die Wärme durch die Oberfläche in den Weltraum verloren.
Eine Ausstiegsroute für die Hitze ist durch Vulkane oder Kryovulkane., Eine andere Route führt durch die Tektonik, einen geologischen Prozess, der für die Bewegung der äußersten felsigen oder eisigen Schicht eines Planeten oder Mondes verantwortlich ist. Unabhängig davon, wie die Wärme abgegeben wird, ist es wichtig zu wissen, wie viel davon ein Planet ausstößt, da dies die Bewohnbarkeit beeinträchtigen oder beeinträchtigen könnte.
„Forecasting Rates of Volcanic Activity on Terrestrial Exoplanets and Implications for Cryovolcanic Activity on Extrasolar Ocean Worlds“von Lynnae C. Quick, Aki Roberge, Amy Barr Mlinar und Matthew M. Hedman, 18.
DOI: 10.,1088/1538-3873/ab9504
„Eine radiogene Heizung Modell evolution für cosmochemically erdähnlichen Exoplaneten“ von Elizabeth A. Frank, Bradley S. Meyer und Stephen J. Mojzsis, Icarus.
DOI: 10.1016 / j. icarus.2014.08.031